近日，天津大学理学院张兵教授团队在国际实验技术领域的顶级期刊《自然·协议》（Nature Protocols）在线发表了其在水为氢源的电催化炔烃半氢化制烯烃方面的研究方案论文，题为Electrocatalytic semi-hydrogenation of alkynes using water as the hydrogen source。

炔烃半氢化是制备烯烃的重要途径，广泛应用于精细化工合成领域。传统的炔烃半氢化主要依赖易燃氢气为氢源，且在高温、高压等条件下进行，存在高危险性、高能耗等问题。相比之下，以水为氢源和以可再生电能为驱动力的电催化方法可利用水电解原位产生的活性氢（H*）在室温和常压下实现炔烃的选择性加氢，为烯烃的制备提供了一种绿色、温和的方法。然而，如何抑制全氢化副反应，提高反应的选择性、如何调控活性氢的生成与利用来平衡析氢副反应与半氢化之间的竞争，提高反应的法拉第效率、及如何通过原位表征从分子和原子层面加深对反应机制的认识等方面仍然存在很大的挑战，给新进入或打算进入电催化炔烃加氢领域的初学者带来很大困扰。

最近，张兵教授团队报道了以水为氢源的电催化炔烃半氢化反应的研究方案，详细介绍了催化剂设计与合成、炔烃半氢化性能测试以及用于揭示反应机制的原位/非原位电化学光谱技术的操作流程。以铜基电催化剂为模型，该团队设计合成了表面硫修饰的纳米铜颗粒及超小尺寸铜颗粒，分别用于室温下固/液态炔烃和气态炔烃的半氢化反应。通过电负性更大的硫修饰及超小颗粒的高缺位结构，调控铜催化剂位点的电子性质，促进炔烃的吸附并减弱对烯烃的吸附，有效避免过加氢生成烷烃的副反应，提高了烯烃的选择性。同时，利用硫原子进入铜的晶格及超小颗粒大的表面原子间距，增大表面活性氢之间的距离，抑制析氢副反应，提高了法拉第效率。此外，借助电化学原位拉曼光谱、红外光谱等多种原位和准原位光谱技术揭示反应物的吸附及关键中间体的生成，明确了活性氢的生成、转移及加成过程，并阐明了水解离的Volmer步骤在提供活性氢方面的关键作用。，该方法可适用于气态、液态、固态炔烃及端位和非端位炔烃的高效转化，且易开展批量及流动相反应体系，展现了优异的通用性和可扩展性，为烯烃绿色合成提供了可持续的途径。该方案不仅推动了电催化炔烃半氢化基础理论的发展，也为实现低碳环保的烯烃生产工艺奠定了坚实基础，具有广阔的应用前景和产业化潜力。

论文信息：

论文原文：Electrocatalytic Semi-Hydrogenation of Alkynes using Water as the Hydrogen Source. Nat. Protoc. 2025, https://doi.org/10.1038/s41596-025-01230-z

高莹博士后为该论文第一作者，何萌博士生为共同第一作者。张兵教授为该论文的独立通讯作者，天津大学为唯一作者单位。